CN1191625A - 具有单轴张力聚焦荫罩的彩色阴极射线管及荫罩制造方法 - Google Patents

具有单轴张力聚焦荫罩的彩色阴极射线管及荫罩制造方法 Download PDF

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Abstract

一种彩色阴极射线管(10),它具有一个抽空的管壳(11),管壳内带有一个用于产生至少一根电子束(28)的电子枪(26)。管壳还包括一个荧光屏面板(12),面板内表面上具有一个带荧光粉条的荧光屏(22)。一个单轴张力聚焦荫罩(25)靠近荧光屏的一个有效图象区域设置,该荫罩具有多个分离的第一金属条(40)。第一金属条之间的空间界定了多个槽孔(42),这些槽孔实质上平行于荧光屏的荧光粉条。跨越荧光屏的有效图象区域,每个第一金属条在其面向荧光屏一侧上具有实质上连续的第一绝缘层(64)。一个第二绝缘层(66)覆盖第一绝缘层。多个第二金属条(60)实质上垂直于第一金属条取向并且由第二绝缘层粘结至第一金属条。

Description

具有单轴张力聚焦荫罩的彩色 阴极射线管及荫罩制造方法
本发明涉及一种彩色阴极射线管(CRT)，尤其是涉及具有单轴张力聚焦荫罩(focus mask(或称聚焦栅孔板))的彩色CRT和制造这种荫罩的方法。
传统的荫罩型彩色CRT通常包括一个抽空的管壳，管壳中具有：一个荧光屏，它带有三种发射不同颜色的光的荧光粉单元，荧光粉是按色组方式以循环次序排列的；用于产生三根朝向荧光屏会聚的电子束的装置；和一个选色结构，例如荫罩板，它位于荧光屏与电子束产生装置之间。荫罩板起到遮蔽荧光屏的视差障板的作用。入射的电子束的会聚角的差异允许这些电子束的透射部分激励正确的发光颜色的荧光粉单元。荫罩型CRT的一个缺点是，在荧光屏的中心处，荫罩板截获除约18-22％的束流外的全部束流；也就是说，荫罩板被认为仅仅具有约18-22％的透射率。因此，孔在荫罩板中的面积大约为荫罩板面积的18-22％。由于不存在与荫罩板相关的聚焦场，因此荧光屏的对应部分将被电子束激励。
为了增大选色电极的透射率，同时不增大荧光屏的被激励部分的尺寸，需要偏转后聚焦的选色结构。这种结构的聚焦特性允许采用较大的孔口径，以获得比采用常规的荫罩可以得到的透射率更大的电子束透射率。1964年11月6日出版的由SONY申请的日本专利公开昭39-24981中曾描述了这样一种结构。在这种获得专利的结构中，相互正交的引线在其交叉点处通过绝缘体固定，以提供大的窗孔供电子束通过。这种结构的一个缺点是，交叉引线几乎没有为绝缘体提供屏蔽，于是偏转的电子束将撞击绝缘体并对其静电充电。静电充电的绝缘体将使通过窗孔的电子束的路径畸变，使得电子束与荧光屏单元对准不良。这种结构的另一个缺点是，绝缘体的机械破裂会引起交叉的栅线之间的电短路。另一种选色电极聚焦结构克服了上述的日本专利公开(的结构)中存在的某些缺点，这另一种结构描述于1984年4月17日授予Lipp的美国专利4443499中。在美国专利4443499中描述的结构采用了一个荫罩板作为第一电极，此荫罩板具有约0.15mm(6密耳)的厚度，并带有多个贯穿的矩形孔。多个金属条将多列孔分隔开。金属条的顶面设有合适的绝缘涂层。一个金属涂层覆盖此绝缘涂层而形成第二电极，当合适的电位施加至荫罩板和金属涂层时，此第二电极提供所需的电子束聚焦。或者正如1987年3月17日授予Tamutus的美国专利4650435中所描述的，一个构成第一电极的金属荫罩板被从一个表面蚀刻而形成多个平行的沟槽，绝缘材料淀积在沟槽中而形成绝缘条。荫罩板通过一系列曝光、显影和蚀刻步骤被进一步处理，从而在位于支撑板上的绝缘材料的条之间形成多个孔。绝缘条的顶面的金属化(涂层)构成第二电极。上述的这两个美国专利消除了隔离的导体之间的电短路问题，而这种电短路是在先的日本(专利描述的)结构中的一个缺点；然而，美国专利的多孔荫罩板的每一交叉部件具有大得多的尺寸，这会降低电子束透射率。另外，荫罩板的厚度使得出现这样的结果：偏转的电子将仍然会撞击绝缘材料的条并对其静电充电。因此，需要一种聚焦荫罩结构，它能够克服现有的结构的这些缺点。
本发明目的是提供一种彩色阴极射线管，它具有一个抽空的管壳，管壳内具有一个用于产生至少一根电子束的电子枪。管壳还包括一个荧光屏面板，面板内表面上具有一个带荧光粉条的荧光屏。一个单轴张力聚焦荫罩靠近荧光屏的有效图象区域设置，荫罩具有多个分离的第一金属条。第一金属条之间的间隔空间界定了多个槽孔，这些槽孔实质上平行于荧光屏的荧光粉条。跨越荧光屏的有效图象区域，每个第一金属条在其面向荧光屏一侧具有实质上连续的第一绝缘层。一个第二绝缘层覆盖第一绝缘层。多个第二金属条实质上垂直于第一金属条取向，并且通过第二绝缘层粘结至第一金属条。
现在将参照附图对本发明进行更详细的描述，附图中：
图1(第一页)是体现本发明的彩色CRT的平面图，其中部分是轴向剖视图；
图2(第二页)是用于图1的CRT中的单轴张力聚焦荫罩-框架组件的平面图；
图3(第二页)是沿图2中的线3-3获取的荫罩-框架组件的前视图；
图4(第三页)是图2中的环4内所示的单轴张力聚焦荫罩的放大视图；
图5(第三页)是沿图4中的线5-5获取的单轴张力聚焦荫罩和荧光屏的剖视图；
图6(第二页)是图5中的环6内的单轴张力聚焦荫罩的一部分的放大示意图；
图7(第三页)是图5中的环7内的单轴张力聚焦荫罩的另一部分的放大示意图。
图1示出一个彩色CRT10，它具有一个玻壳11，此玻壳包括一个矩形的荧光屏面板(faceplate panel)12和一个圆管状的管颈14，荧光屏面板12和管颈14由一个矩形的锥体15连接。锥体具有一个内导电涂层(未示出)，此涂层与第一阳极钮(anode button)16接触并从其延伸至管颈14。与第一阳极钮16相对设置的一个第二阳极钮17不与此导电涂层接触。面板(panel)12包括一个柱面形的观视屏板(faceplate)18和一个外围边缘或者侧壁20，后者通过玻璃料21封接至锥体15。一个三色荧光屏22由屏板18的内表面承载。荧光屏22是一个条形屏，正如图5中详细示出的，它包括多个荧光屏单元，荧光屏单元由分别发射红、绿和蓝色光的荧光粉条R、G和B组成，荧光粉条以三色组方式排列，每一三色组包括对应三种颜色中的每一种的荧光粉条。优选方式是，一个光吸收矩阵23将荧光粉条分隔开。一个最好是由铝形成的薄导电层24覆盖荧光屏22，从而提供了用于向荧光屏施加均匀的第一阳极电位以及用于将从荧光粉单元发射的光反射通过屏板18的手段。一个柱面形的多孔选色电极或单轴张力聚焦荫罩25通过常规的手段以可以拆除的方式安装在面板12内，并且相对于荧光屏22有预定的间距。在图1中由虚线简单示出的一个电子枪26居中地安装在管颈14内，用于产生三根一字形排列的电子束28，即中心电子束和两根侧边或外侧电子束，并且引导这三根电子束沿会聚路径通过荫罩25到达荧光屏22。电子束28的一字形排列的方向垂直于纸平面。
图1的CRT要与一个外部磁偏转线圈联用，例如邻近锥体-管颈交界处示出的偏转线圈30。当被激励时，偏转线圈30使三根电子束受到磁场的作用，使得电子束在荧光屏22上扫描出一个水平和垂直的矩形光栅。单轴张力荫罩25最好由一张薄的矩形的约0.05mm(2密耳)厚的低碳钢板制成，如图2所示，它包括两个长边32、34和两个短边36、38。荫罩的两个长边32、34平行于CRT的中心长轴X，两个短边36、38平行于CRT的中心短轴Y。这种钢具有以下组分(按重量计约为)：0.005％的碳、0.01％的硅、0.12％的磷、0.43％的锰以及0.007％的硫。荫罩材料的ASTM(美国材料试验标准)粒度最好在9-10范围内。
荫罩25包括一个有孔的部分，此部分靠近荧光屏22的一个有效图象区域并且覆盖此区域，这个区域位于图2的中心虚线内，这些虚线界定了荫罩25的周边。如图4所示，单轴张力聚焦荫罩25包括多个细长的第一金属条40，每根第一金属条的横向尺寸或宽度约为0.3mm(12密耳)，它们由实质上等间距的槽孔42分隔开，每一槽孔的宽度约为0.55mm(21.5密耳)，这些第一金属条40平行于CRT的短轴Y和荧光屏22的荧光粉条。在一个对角尺寸为68cm(27英寸)的彩色CRT中，约有600根第一金属条40。每一槽孔42从荫罩的长边32延伸至另一长边34(图4中未示出)。一个用于荫罩25的框架44示于图1-3中，并且包括四个主要部件，即两个扭力管(torsion tube)或弯曲部件46和48以及两个张力臂或直部件50和52。两个弯曲部件46和48平行于长轴X并且彼此平行。如图3所示，每一直部件50和52包括两个重叠的半部件或部分54和56，每一部分具有一个L形的断面。重叠的部分54和56在其重叠处焊接在一起。每一部分54和56的一端连接至弯曲部件46和48之一的一端。弯曲部件46和48的曲率与单轴张力聚焦荫罩25的柱面曲率相匹配。单轴张力聚焦荫罩25的长边32、34被焊接在两个弯曲部件46和48之间，它们提供了荫罩所需的张力。在焊接至框架44之前，荫罩材料被预拉伸和黑化处理，这是通过在加热的同时拉伸荫罩材料实现的，拉伸是在氮气和氧气的受控气氛中在约500℃温度下进行1小时。当被焊接在一起时，框架44和荫罩材料构成一个单轴张力荫罩组件。
参照图4和5，多个第二金属条60各自具有约0.025mm(1密耳)的直径，它们实质上垂直于第一金属条40设置，并且由一个绝缘体62与第一金属条隔离，绝缘体62形成在每根第一金属条的面向荧光屏一侧。第二金属条60形成交叉部件，它们便于为荫罩25施加第二阳极或聚焦电位。用作第二金属条的优选材料是HyMu80导线，它可以从Carpenter技术公司(CarpenterTechnology，Reading，PA)得到。相邻的第二金属条60之间的垂直间隔或节距约为0.41mm(16密耳)。与现有技术中描述的具有大的尺寸而显著降低荫罩板的电子束透射率的交叉部件不同，较细的第二金属条60为本发明的单轴张力聚焦荫罩25提供了必要的聚焦功能，同时没有对其电子束透射率造成有害影响。这里描述的单轴张力聚焦荫罩25在荧光屏的中心处提供了约60％的荫罩透射率，并且需要这样的电压设置：施加至第二金属条60的第二阳极或聚焦电压ΔV与施加至第一金属条40的第一阳极电压不同，对于约30kV的第一阳极电压，第二阳极电压约小1kV。
如图4和5所示，绝缘体62实质上连续地设置在每根第一金属条40的面向荧光屏一侧上。第二金属条60被粘结至绝缘体62，以使第二金属条60与第一金属条40电绝缘。
制造单轴张力聚焦荫罩25的方法包括，例如通过喷涂，在第一金属条40的面向荧光屏一侧上设置由绝缘的失透性焊料玻璃构成的第一涂层。一种合适的溶剂和一种丙烯酸类粘结剂与失透性焊料玻璃混合，可以使第一涂层具有适度的机械强度。第一涂层的厚度约为0.14mm。将安装第一金属条40的框架44置于一个烘箱中，在约80℃温度下使第一涂层干燥。失透性焊料玻璃是这样一种玻璃，它在一个特定的温度下熔化而形成结晶的玻璃绝缘体。所形成的结晶玻璃绝缘体是稳定的，并且当被再次加热至相同温度时将不再熔化。干燥后，第一涂层如此成形，即，它由第一金属条40屏蔽，以防止通过槽孔42的电子束28撞击绝缘体并对其充电。成形工艺是在第一涂层上如此实现的：通过磨蚀或者以其它方式去除第一涂层的延伸超过金属条40的边缘并将由偏转的或者不偏转的电子束28触及的任何焊料玻璃材料。在第一涂层被加热至封接温度之前，从开始的和最后的即右和左第一金属条(下面称为第一金属端条140)上完全去除第一涂层。位于有效图象区域之外的第一金属端条140随后将被用作总线，以便为第二金属条60定址。为进一步保证单轴张力聚焦荫罩25的整体电气特性，在第一金属端条140与覆盖荧光屏的有效图象区域的第一金属条40之间，去除至少一个其余的第一金属条40，以最大限度地减少短路的可能性。因此，位于有效图象区域之外的右和左第一金属端条140与覆盖此图象区域的第一金属条40隔开至少1.4mm(55密耳)的距离，此距离大于等间距的槽孔42的宽度，这些槽孔42将跨越此图象区域的第一金属条40分隔开。
安装有第一金属条40和端条140的框架44(下面称之为组件)被置于一个烘箱中并在空气中加热。该组件在30分钟的时间内被加热至300℃的温度并在300℃下保持20分钟。此后，在20分钟的时间内，烘箱的温度升高至460℃并在此温度下保持1小时，以使第一涂层熔化和结晶而在第一金属条40上形成第一绝缘层64，如图6所示。在火烧后，最终形成的第一绝缘层64在每一金属条40上的厚度在0.5-0.9mm(2-3.5密耳)的范围内。用于第一涂层的优选材料为铅-锌-硼硅酸盐失透性焊料玻璃，这种玻璃在400-450℃的温度范围内熔化，并且可以从包括SEM-COM(Toledo，OH)和CorningGlass(Corning，NY)在内的许多玻璃供应商处购得，型号为SCC-11。
下一步，例如通过喷涂，在第一绝缘层64上涂敷一个由合适的绝缘材料与一种溶剂混合构成的第二涂层。第二涂层最好是非结晶的(即透明的)焊料玻璃，其组分为：80重量％的PbO、5重量％的ZnO、14重量％的B2O3、0.75重量％SnO2和任选的0.25重量％的CoO。对于第二涂层优选透明的材料，这是因为当它熔化时，它将填充第一绝缘层64的表面中的任何空隙，同时不对第一绝缘层电气和机械特性造成有害影响。或者，也可采用失透性焊料玻璃形成第二涂层。第二涂层的涂敷厚度约为0.025-0.05mm(1-2密耳)。第二涂层在80℃的温度下干燥并以前面所述的方式成形，以去除可能由电子束28撞击的任何多余材料。
如图4、5和7所示，在左和右第一金属端条140的面向荧光屏一侧上设有一个厚的涂层，此涂层是由含银的失透性焊料玻璃构成的，以使其能导电。由一段短的镍线构成的导电引线65被嵌入第一金属端条之一上的导电焊料玻璃中。然后，具有覆盖第一绝缘层64的干燥的和成形的第二涂层的该组件使第二金属条60如此粘结至其上，即，第二金属条叠置在绝缘材料构成的第二涂层上并且基本上垂直于第一金属条40。第二金属条60是采用一种缠绕固定装置(未示出)加上的，这样能够精确地维持相邻的第二金属条之间的约0.41mm的要求间距。第二金属条60还接触第一金属端条140上的导电的焊料玻璃。或者，可以在缠绕操作过程中或之后，将导电的焊料玻璃涂敷在第二金属条60与第一金属端条140之间的结合处。下一步，将包括缠绕固定装置的该组件在460℃温度下加热7小时，使绝缘材料构成的第二涂层以及导电的焊料玻璃熔化，从而将第二金属条60熔封在第二绝缘层66和玻璃导电体层68内。熔封后，第二绝缘层66的厚度约为0.013-0.025mm(0.5-1密耳)。玻璃导电体层68的高度是不重要的，但应当足够厚，以便将第二金属条60和导电引线65牢固地粘结于其中。第二金属条60的延伸超过玻璃导电体层68的部分被切除，以使该组件免受缠绕固定装置的影响。
第一金属端条140在其与荫罩25的长边或顶部32(如图4所示)和长边或底部34(未示出)相邻的端部处被切断，以在此间提供约0.4mm(15密耳)的间隙，此间隙将电隔离第一金属端条140，从而(第一金属端条)形成总线，这些总线允许当嵌入玻璃导电体层68中的导电引线65连接至第二阳极钮17时，将第二阳极电压施加至第二金属条60。

Claims (11)

1.一种彩色阴极射线管(10)，包括一个抽空的管壳(11)，管壳内具有：一个用于产生至少一根电子束(28)的电子枪(26)；一个荧光屏面板(12)，面板内表面上具有一个带荧光粉条的荧光屏(22)；以及一个单轴张力聚焦荫罩(25)，其中所述荫罩具有多个分离的第一金属条(40)，这些金属条靠近所述荧光屏的一个有效图象区域并且界定了多个槽孔(42)，这些槽孔实质上平行于所述的荧光粉条，跨越所述的有效图象区域，每个所述第一金属条在其面向荧光屏一侧具有一个实质上连续的第一绝缘层(64)，一个第二绝缘层(66)覆盖所述的第一绝缘层，多个第二金属条(60)实质上垂直于所述的第一金属条取向，所述的第二金属条由所述的第二绝缘层粘结。
2.一种彩色阴极射线管(10)，包括一个抽空的管壳(11)，管壳内具有：一个用于产生三根电子束(28)的电子枪(26)；一个荧光屏面板(12)，面板内表面上具有一个带荧光粉条的荧光屏(22)；以及一个靠近所述的荧光屏的单轴张力聚焦荫罩(25)，其中所述的张力聚焦荫罩具有两个长边(32，34)，多个横向分离的第一金属条(40)在其间延伸，相邻的第一金属条之间的空间界定了实质上等间距的多个槽孔(42)，这些槽孔平行于所述荧光屏的所述荧光粉条，所述荫罩的所述长边被固定至一个实质上为矩形的框架(44)上，框架具有两个长边和两个短边，跨越所述荧光屏的一个有效图象区域，每个所述第一金属条在其面向荧光屏一侧上具有实质上连续的第一绝缘层(64)，一个第二绝缘层(66)覆盖所述的第一绝缘层，多个第二金属条(60)实质上垂直于所述的第一金属条取向，所述的第二金属条由所述的第二绝缘层粘结。
3.根据权利要求2的阴极射线管(10)，其中，所述的第一绝缘层(64)为失透性焊料玻璃。
4.根据权利要求3的阴极射线管(10)，其中，所述的失透性焊料玻璃是如此成形的，即它由所述的第一金属条(40)屏蔽而免受所述电子束(28)的撞击。
5.根据权利要求4的阴极射线管(10)，其中，所述的第二绝缘层(66)是一种焊料玻璃。
6.根据权利要求5的阴极射线管(10)，其中，所述的焊料玻璃是如此成形的，即它由所述的第一金属条(40)屏蔽而免受所述电子束(28)的撞击。
7.根据权利要求5的阴极射线管(10)，其中，所述的焊料玻璃是透明的。
8.根据权利要求5的阴极射线管(10)，其中，所述的焊料玻璃是失透性的。
9.一种制造单轴张力聚焦荫罩(25)的方法，所述荫罩用于彩色阴极射线管(10)，该阴极射线管包括一个电子枪(26)，用于产生三根电子束(28)并导引这些电子束通过所述单轴张力聚焦荫罩中的多个槽孔(42)而撞击一个荧光屏(22)，其中所述方法包括以下步骤：
将一个单轴张力荫罩(25)固定至一个实质上矩形的框架(44)，此框架具有两个长边和两个短边，所述的单轴张力荫罩具有两个长边(32，34)，多个横向分离的第一金属条(40)在其间延伸，相邻的第一金属条之间的空间界定了平行的槽孔(42)，所述荫罩的所述长边被安装至所述框架的所述长边，所述框架向所述荫罩的所述第一金属条施加张力；
跨越所述荧光屏的一个有效图象区域，在所述第一金属条的面向所述荧光屏的一个主表面上形成一个绝缘体(62)，所述绝缘体在每个所述第一金属条上实质上是连续的；和
提供多个第二金属交叉条(60)，它们被固定至在每个所述第一金属条上形成的所述绝缘体，从而形成所述的单轴张力聚焦荫罩。
10.根据权利要求9的方法，其中，形成所述的绝缘体(62)的步骤包括以下子步骤：
在每个所述第一金属条上(40)上，跨越所述荧光屏的所述有效图象区域，设置由一种合适的绝缘材料构成的第一涂层；
使所述的由绝缘材料构成的第一涂层如此成形，即，从每个金属条上除去可能由所述电子束(28)撞击的任何所述绝缘材料，以避免其充电；和
加热由所述绝缘材料构成的所述第一涂层，以形成一个实质上连续的第一绝缘层(64)。
11.根据权利要求10的方法，其中，安装所述的交叉条(60)的步骤包括以下子步骤：
在所述的第一绝缘层(64)上，涂敷由合适的绝缘材料构成的第二涂层；
使由所述的绝缘材料构成的所述第二涂层如此成形，即，除去可能由所述电子束(28)撞击的任何由所述绝缘材料构成的所述第二涂层，以避免其充电；和
在所述交叉条定位后，加热由所述绝缘材料构成的所述第二涂层，以形成一个第二绝缘层(66)，此绝缘层将所述交叉条粘结固位。
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